[发明专利]基于原位立体增强显示的显微系统及显微方法

说明书

技术领域

本发明涉及显微技术，具体涉及一种基于原位立体增强显示的显微系统及显微方法。

背景技术

显微系统在临床医学、生物学、药学等研究领域的运用越来越广泛。传统的显微显示是通过显微镜直接获得的。以蔡司公司的产品OPMI PENTERO 900手术显微镜和Axio Imager 2正置式研究显微镜平台为例，其观察系统由主物镜、双目镜筒和变倍单元组成，通过搭配不同倍率的目镜与物镜达到不同实体放大倍数与工作距离的要求。同时镜内投射功能让使用者在实体中融合显示一定的附加影像信息，引导使用者的操作。但这种显微镜的视野直径很小，且仅能进行直线观察，易产生观察死角。同时，镜内能投射显示附加影像信息十分有限，采用现有的平面显示方式，虽然可以为试用者提供宝贵的各种所需的影像信息，但是欠缺直观性。

为解决视野与影像信息显示等问题，人们对三维头戴式显示器进行了大量研究。如：北卡罗来纳大学利用透视头戴式显示器制作的立体“听诊器”和用于内窥镜手术规划和术前模拟的头戴装置。头戴式显示器在佩戴者左右眼各自的视场中分别放置微显示器，基于左右眼观察不同图像时能产生立体视觉的原理，利用可自动变焦高清立体摄像设备获取实体视觉图像，将观察实体与实体的三维图像数据结合起来，在头戴显示器中呈现出增强现实融合显示的实时图像。报道指出，三维显示下使用者的理解准确度和操作准确性有所提高，且操作时间也可缩短。但目前头戴式显示器的发展中存在较明显的限制，例如当对原位融合图像的分辨率要求提高时，微显示器的尺寸也会相应增加，设备整体尺寸与重量也会增加；此外，头戴式显示器会引起使用者辐辏与焦点调节的不一致。为了保证逼真的三维成像，头戴式显示器存在着体积较大、观察时幅辏与焦点调节不一致等问题，在长时间使用时很易产生视觉疲劳、头晕不适等现象。人眼观察真实物体时辐辏与焦点调节是一致的，而观看立体影像时，眼睛调节处于屏幕上，而辐辏却处于视差合成的虚拟立体图像上，因此长期观看必然会导致视觉疲劳。

由上可知，目前的显微系统虽能直接观察实体，但视野区域较小，也难以进行三维图像原位增强显示；而头戴式显示器虽能进行高清三维图像融合，但难以同时保证使用者舒适感与融合图像的清晰度，易有不适感。目前尚无既满足三维立体图像原位增强显示、且保证足够视野的显微显示系统，无法为使用者提供真实直观、三维增强显示的实体原位融合的显微信息。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种具有结构简单、操作灵活度大的基于原位立体增强显示的显微系统及显微方法。

根据本发明实施例的基于原位立体增强显示的显微系统，可以包括：实体观察装置，所述实体观察装置对准实体区域，用于让使用者实时地、直接地获取实体视觉图像；裸眼三维显示装置，用于提供与所述实体视觉图像内容相关的裸眼真三维图像；原位立体显示装置，所述原位立体显示装置分别与所述实体观察装置和所述裸眼三维显示装置相连，用于将所述实体视觉图像和所述裸眼真三维图像进行原位立体透视融合后显示给使用者。

另外，根据本发明上述实施例的显微系统还可以具有如下附加技术特征：

可选地，所述裸眼三维显示装置包括裸眼真三维图像图像源和投影部件，所述投影部件用于根据所述裸眼真三维图像图像源在空间中投影显示出对应的裸眼真三维图像，其中，当裸眼三维显示装置为基于立体全像技术型时，所述投影部件为透镜阵列；当裸眼三维显示装置为基于光场技术型时，所述投影部件为透镜阵列；当裸眼三维显示装置为基于全息技术型时，所述投影部件为干涉装置。

可选地，所述原位立体显示装置包括：第一固定件，用于固定所述裸眼三维显示装置中的投影部件；第二固定件，用于固定所述实体观察装置；半透半反装置，所述半透半反装置与所述第一固定件和所述第二固定件的相对位置满足如下条件：所述实体视觉图像和所述裸眼真三维图像在所述半透半反装置处进行原位立体透视融合后显示给使用者，其中，所述实体视觉图像透过所述半透半反装置后显示给使用者，所述裸眼真三维图像经过所述半透半反装置反射后显示给使用者。

可选地，所述原位立体显示装置中，所述裸眼真三维图像与所述半透半反装置之间还包括：空间影像融合单元以及光程可控的反射单元，以实现可扩展紧凑式融合投影结构。